JP2005318312A - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶結晶薄膜は、高周波であるほどその厚みは薄く、結晶成長させても、その後のハンドリングが難しく、水晶薄膜を破損するおそれがある。薄膜が故に、水晶薄膜形成後の組み立て作業に困難が伴っていた。そこで薄膜水晶を破損せずに組み立てる方法が求められていた
【解決手段】 本発明では、基板にバッファ層を形成する工程と、バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、基板に孔を形成する工程と、バッファ層の一部に熱を加えアモルファス化させる工程と、バッファ層のアモルファス化層をエッチングして除去する工程と励振電極を形成する工程を構成する水晶振動子の製造方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気相成長法により形成させる水晶板をつくる工程でアモルファス化した部分をエッチングして形成する水晶振動子の製造方法に関する。

水晶振動子では、ほとんどの場合人工水晶が用いられている。人工水晶は、オートクレーブにより水熱合成法で長時間かけて育成するのが一般的である。しかしオートクレーブによる人工水晶の育成には一ヶ月前後の時間がかかり、育成後切断・研磨加工を経て水晶振動子に製品化される。

しかし近年人工水晶を気相成長法により形成することができるようになった。これはサファイア基板等の上にバッファ層を形成し、その上にＳｉＯ2膜（水晶結晶薄膜）を形成することにより、水晶単結晶薄膜を形成することが出来る。このため特に高周波振動子では、研磨加工の困難である高周波水晶振動子が従来に比べ容易に生産できるようになった。また気相成長法による水晶板は歪みが少なく、ＯＨ基の混入やインクルージョン等がないため水熱合成法に比べ純粋な水晶が得られ、特性もよい特長がある。

しかし薄膜水晶の場合、そのハンドリングが難しい。水晶薄膜は薄いので、破損し易く組み立て作業も困難を伴う。

特開２００２−８０２９６号公報 特開２００３−２８９２３６号公報

なお出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

本発明が解決しようとする問題点は、例えばＡＴカットによる高周波水晶振動子は、エッチング法により一部分を薄くすることにより、形成していた。しかしエッチングによる外形形成は時間と手間がかかる欠点があった。そこで気相成長法による高周波振動子板は、機械加工がない分作りやすくまた信頼性が高い特徴がある。

特許文献１では、気相成長法による水晶板の形成方法が示されている。しかし水晶結晶薄膜は、高周波であるほどその厚みは薄く、結晶成長させても、その後のハンドリングが難しく、水晶薄膜を破損するおそれがある。薄膜が故に、水晶薄膜形成後の組み立て作業に困難が伴っていた。そこで薄膜水晶を破損せずに組み立てる方法が求められている。

本発明では、結晶がアモルファス化することにより、アモルファス化された部分と結晶のままの部分との間にエッチング速度の選択性があることに注目し、その現象を利用することにより、結晶成長したままでエッチング加工し、そのまま組み立てることにより薄膜水晶を破損せずに、組み立てている。
また薄膜水晶に貫通孔を設けることで同一面に電極の引き出しを容易にすることができた。

本発明は、気相成長法により形成させた水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔となる部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該バッファ層の一部に熱を加えアモルファス化させる工程と、該アモルファス層をエッチング工程により除去する工程から構成される水晶振動子の製造方法である。
また第２の発明として、気相成長法により形成させた水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔となる部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該水晶薄膜に貫通孔を加工する工程と、該バッファ層に金属をドーピングして電極とする工程と、該ドーピングした電極と対向した電極を形成する工程と、該貫通孔を通じて接続する工程から構成される水晶振動子の製造方法である。
さらに第３の発明として、気相成長法により形成させた水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔となる部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該バッファ層の一部に熱を加えアモルファス化させる工程と、該アモルファス層をエッチング工程により除去する工程と、励振電極を形成する工程と、該貫通孔を通じて接続する工程から構成される水晶振動子の製造方法である。

本発明の水晶振動子の製造方法は、気相成長法を利用し形成された水晶板と基板をエッチングすることにより、破損させずに組み立てることができ、薄膜水晶のハンドリングを容易に出来るように成った。

本発明は、気相成長により形成された水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔にする部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該バッファ層の一部に熱を加えアモルファス化させる工程と、該アモルファス層をエッチング工程により除去する工程とから構成される水晶振動子の製造方法である。
また気相成長により形成された水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔の部分を残してマスクする工程とエッチングにより孔を形成する工程と、該水晶薄膜に貫通孔を加工する工程と、該バッファ層に金属をドーピングして電極とする工程と、該ドーピングした電極と対向した電極を形成する工程と、該貫通孔を通じて接続する工程とから構成される水晶振動子の製造方法である。

（第１の発明）
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図１は、本発明の製造方法の工程を説明する工程図である。図１で、本発明の製造方法の工程の順序を説明している。

図２は、本発明の工程を示す断面図である。基板１にバッファ層２を形成している。基板１は、水晶やサファイアや単結晶シリコンを用いその基板１上に気相成長法によりバッファ層２を形成している。バッファ層２の形成方法については、従来の方法と同様である。ここでは基板として単結晶シリコンを用いている。

図３は、基板１にマスク４を施している。そして基板1をウエットやドライエッチング処理することによりバッファ層２まで孔を空けることができる。エッチング後、マスクは除去する。

図４は、エッチング工程により基板に孔６を開けた状態を示す断面図である。基板に孔６が開き、バッファ層２が露出する。バッファ層２は、結晶性を持った層であり、孔部分よりバッファ層２にレーザ等を照射し、完全なアモルファス化させる。バッファ層２は完全な結晶ではないが、レーザ等を照射して完全なアモルファス化している。水晶は５７３度以上になると結晶構造が変化する。結晶組成が変化するとそこにフッ化水素やフッ化アンモニウム等でエッチングすると結晶の部分とアモルファス化した部分とではエッチング速度が異なる。結晶部分はエッチング速度が遅く、アモルファス化した部分の方がエッチング速度が速い。アモルファス化した部分は均一な組成となるので、エッチング液に対して溶ける速度が結晶のように規則正しい組成の部分に比べ早い。本発明では、この現象を利用している。
ここでバッファ層２をアモルファス化させるため、レーザを用いたが、レーザが寸法精度を出せるためもっとも良い方法であるが、熱源であればよく、光線や赤外線や他の熱源を照射してアモルファス化しても手段は問わない。

図５は、バッファ層２のアモルファス化した部分をした部分をエッチングしてバッファ層２を除去したところを示す断面図である。

図６は、水晶薄膜膜３に励振電極５を形成し、高周波水晶振動板とした断面図である。
本発明の製造方法では、結晶とアモルファス化した部分とのエッチングレートの違いを利用して、水晶薄膜をハンドリングし易くすることが出来、高周波の水晶振動子を歩留まりよく得ることが出来た。

（第２の発明）
図７は、本発明の他の実施例を示す工程図である。
基板１にバッファ層２を形成している。基板１は、水晶やサファイアや単結晶シリコンを用いその基板１上に気相成長法によりバッファ層２を形成している。バッファ層２の形成方法については、従来の方法と同様である。ここでは基板として単結晶シリコンを用いている。

図3に示すように基板１にマスクを施し、エッチングすることにより孔６を形成している。図８は、エッチング加工することにより貫通孔７を形成した後の断面図である。エッチング後、マスクは除去している。基板1、水晶薄膜３、バッファ層２の貫通孔７の開口部分以外にマスクを施し、エッチングにより貫通孔7を加工している。エッチング後、マスクは除去する。

図９は、バッファ層２に金属をドーピングしてバッファ層を励振電極８としている。ドーピングする金属は、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ等を使用している。これによりこの部分のバッファ層を励振電極８としている。

図１０では、ドーピングによる励振電極８と対向して励振電極９及び貫通孔７を通じたドーピング電極と接続される電極を形成している。貫通孔７を導電化するのは励振電極の形成時に同時にも可能であるが、励振電極形成前であっても、後であってもかまわない。

この発明ではバッファ層を除去せず、バッファ層に金属をドーピングして励振電極としている。また薄膜水晶に貫通孔を設けて、引き出し電極を同一面から取り出すことができるようになった。

（第３の発明）
さらに他の実施例として、図１１に工程図を示す。ここでは図７の工程では孔６側の電極としてバッファ層２をそのまま残してバッファ層を電極とするため、金属をドーピングさせていたが、本発明ではバッファ層２を電極を形成する部分は図１の工程と同様エッチング処理により取り去り、励振電極１0を形成している。
順序としては、基板1にバッファ層２を形成し、薄膜水晶３を形成し、マスクを施して、基板1に孔６をエッチングで形成する。マスクをして貫通孔７をエッチングで形成し、マスク除去後、バッファ層２にレーザー等を当てて、アモルファス化し、エッチングによってバッファ層２を除去している。そして励振電極９、１０を形成し、貫通孔７内の導電化させて、引き出し電極を励振電極９と同一面に取り出している。
ここでバッファ層２を除去前に孔６を加工しているが、バッファ層２を除去後であってもよい。
また励振電極９，１０の形成前に孔６の導電化を行ってもよい。孔６の導電化は、蒸着やスパッタリングで金属を付着されて行っている。

本発明は、水晶に限らず他の薄膜結晶においても利用できる。振動子に限らず、結晶板を用いた光学用薄膜としても利用することが出来る。

図1は、本発明を説明する工程図である。 図２は、バッファ層を形成したときの断面図である。 図３は、水晶薄膜を形成したときの断面図である。 図４（ａ）は、孔を形成するためマスクを施したときの断面図である。 図５は、基板に孔を形成したときの断面図である。 図６は、電極を形成したときの断面図である。 図７は、第２の発明の工程を説明する工程図である。 図８は、貫通孔をあけたところを示す断面図である。 図９は、バッファ層に金属をドーピングしたところを示す断面図である。 図１０は、他の実施例で電極を施したところを示す断面図である。 図１１は、第３の発明の工程を説明する工程図である。 図１２は、第３の発明による水晶振動子の断面図を示す。

符号の説明

１ 基板
２ バッファ層
３ 水晶薄膜
４ マスク
５、９、１０ 励振電極
６ 孔
７ 貫通孔
８ ドーピング電極

Claims (3)

1. 気相成長法により形成させた水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔となる部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該バッファ層の一部に熱を加えアモルファス化させる工程と、該アモルファス層をエッチング工程により除去する工程と、励振電極を形成する工程から構成される水晶振動子の製造方法。
2. 気相成長法により形成させた水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔となる部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該水晶薄膜に貫通孔を加工する工程と、該バッファ層に金属をドーピングして励振電極とする工程と、該ドーピングした電極と対向した励振電極を形成する工程と、該貫通孔を通じて接続する工程とから構成される水晶振動子の製造方法。
3. 気相成長法により形成させた水晶振動子の製造方法において、基板にバッファ層を形成する工程と、該バッファ層上に水晶薄膜を形成する工程と、該基板に孔となる部分を残してマスクする工程と、エッチングにより孔を形成する工程と、該バッファ層の一部に熱を加えアモルファス化させる工程と、該アモルファス層をエッチング工程により除去する工程と、励振電極を形成する工程と、該貫通孔を通じて接続する工程とから構成される水晶振動子の製造方法。